(57)【要約】【課題】  レーザ照射による微小開口への熱の集中及び熱による変形を防止する。【解決手段】  光の波長サイズ以下の微小開口を有し、光の波長サイズ以下の光スポットを形成して記録再生を行なう光ヘッドにおいて、微小開口の開口部分が熱伝導率の高い材料で充填され、かつ、光ヘッドの基体の一部あるいは全部が、微小開口部充填材料と同一である光ヘッド。【選択図】  図１
2007066436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の波長サイズ以下の微小開口を有し、光の波長サイズ以下の光スポットを形成して記録再生を行なう光ヘッドにおいて、微小開口の開口部分が熱伝導率の高い材料で充填され、かつ、光ヘッドの基体の一部あるいは全部が、微小開口部充填材料と同一であることを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
前記高熱伝導率材料の熱伝導率が0.8W/cmK以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド。
【請求項３】
前記高熱伝導率材料が、BeO、BN、ダイヤモンドライクカーボン、NiOのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド。
【請求項４】
光の波長サイズ以下の微小開口を有し、光の波長サイズ以下の光スポットを形成して記録再生を行なう光ヘッドを有する光ディスク装置において、微小開口の開口部分が熱伝導率の高い材料で充填され、かつ、光ヘッドの基体の一部あるいは全部が、微小開口部充填材料と同一であることを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の波長サイズ以下の開口を有する光ヘッド及びそれを用いた超高密度なディスク記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤのような光ディスク装置は、高い記録密度、コンパクト性、携帯性、頑強性等の特長を有し、記録媒体が安価であることから、広く普及してきている。
【０００３】
一方で、ＨＤＤの記録密度の向上と低価格化の進展は光ディスク以上に急速に進み、ＰＣ用途から近年では家電製品にまで広く普及しつつある。
【０００４】
今後、この情報記録装置のニーズはさらに拡大し、今後も更なる高密度化、低価格化が要求されている。
【０００５】
そこで、光記録分野では、記録密度の更なる向上を目指して、光スポットを小さくする研究開発が進められている。
【０００６】
現行の光記録装置で用いられている光記録用ヘッドと光記録媒体との間の距離が光の波長よりはるかに大きい光学系では、最小ビット長は回折限界により与えられる。光ビームの焦点を合わせるためにレンズあるいは他の集束デバイスを使用するとき、焦点における収束光のスポットの寸法は、回折により直径λ／NA（λ；レーザ光の波長）に制限される。これは回折限界と呼ばれる公知の現象である。例えば、最も波長の短い可視光レーザである青色レーザを用いる場合でも、約２００ｎｍのピット長が最小になる。
【０００７】
しかしながら、波長以下のサイズの微小開口を有する光記録用ヘッドが光記録媒体の上を開口サイズ以下の高さで走査する近接場光学系を用いて光ヘッドを実現できれば、ピット長は開口の寸法によってのみ制限され、５０ｎｍ以下とすることも可能である。この近接場光学系によって、高い記録密度および速い書き込み／読み出し速度を達成することができる。１Ｔｂ/ｉｎ2以上の記録密度を達成するには、φ２５nmサイズ以下の光スポットの形成が要求される。
【０００８】
また、これらの光学系は、熱アシスト磁気記録の記録用の光ヘッドとしても用いられ、こちらのシステムでも、１Ｔｂ/ｉｎ2以上の高記録密度の実現に向けて、精力的に研究開発が進められている。
【０００９】
従来の近接場光記録用ヘッドでは、このような微小開口を実現する手段として、先を微細に尖らせた光ファイバ先端部を用いている。しかしながら、このような構造では微小開口部までの伝送に大きな光の減衰を受け、書き込みに必要な高い光強度を得ることが難しい。波長以下の径を有する金属の開口を透過する光量は非常に小さく、開口直径d が小さくなると、透過光量は、ほぼ（ｄ／λ）の４乗で減衰すると予想される。（ H. A. Bethe, "Theory of Diffraction by Small Holes," Physical Review, Vol. 66, Nos. 7 and 8, pp. 163-182, October 1994参照）
この微弱な透過光量を改善する目的で、以下のような提案がなされている。
【００１０】
特開2002-358687号公報（富士ゼロックス）では、ＳＩＬ（Solid Immersion Lenz）でレーザ光を効率良く微小開口に集光させ、かつ微小開口部に突出部を設けて透過光強度を増大させた光ヘッド構造体を提案している。
【００１１】
また、特開2003-114184号公報（日立）では、開口部の形状を工夫する（三角あるいはボータイ等にする）ことで、プラズモンを励起させ、透過光強度を増大させている。
【００１２】
また、特開2004-213000号公報（NEC）や特開2001-291265号公報（NEC）では、レーザ入射側の開口部の周りに同心円状の凹凸構造体を設けることで、プラズモンを励起させ（表面プラズモン・エンハンス効果の利用）、透過光強度を増大させている。
【特許文献１】特開2002-358687号公報
【特許文献２】特開2003-114184号公報
【特許文献３】特開2004-213000号公報
【特許文献４】特開2001-291265号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上のように、１Tb/in2の記録密度を達成させる目的で、φ５０nmサイズ以下の微小な光スポットを形成する場合、レーザ照射でφ５０nmサイズ以下の微小な開口に光（すなわち熱）を集中させる必要があり、これによって、開口部分が昇温するため、前記開口部分の構造体（例えば、特開2003-114184、2001-250260）が熱で溶融するという問題が生じる。
【００１４】
また、前記特開2004-213000で開示された表面プラズモン・エンハンス効果を利用した表面形状構造体においては、入射光の照射面積を広げる必要から、大きな入射光パワーが要求され、大きな入射光パワーを導電性フィルムに照射することで、導電性フィルム全体および微小開口部分の温度が上昇し、その構造体を溶融させ、信頼性が悪化するという問題があった。この問題を解決するために、特開2004-213000では、熱伝導率の高い材料層を導電性フィルムと基体間に積層することが開示されているが、実際には開口部分の昇温の抑制には不十分であった。
【００１５】
本発明の目的は、前記の微小開口部分に、レーザ照射による熱の集中を抑制し、微小開口部分の熱による変形を防止することで、信頼性の高い光ヘッドおよびそれを用いたディスク装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記微小開口部分の空隙部分は、通常は空気である（図２のB）。この開口部分が空気である場合が最も断熱的であり、昇温しやすい。
【００１７】
そこで、本発明は、この部分を、（近接場光が透過する必要があるので、使用するLDに対して）透明でかつ熱伝導率の高い材料で充填し、かつ、同材料で基体の一部あるいは全部を構成し、かつ、開口部に充填した高熱伝導率材料と連結していることで、開口部分の熱を瞬時に基体側に伝導＆拡散させ、LD照射による微小開口部分の（蓄熱による）昇温を抑制するものである。
【００１８】
本発明の光ヘッドの構成を、図面を用いて説明する。
【００１９】
図１において、LD照射側11に集光レンズ19と光ヘッドの基体12が配置され、基体の出射面に導電性フィルム18とその中に微小開口構造体13が形成されている。微小開口構造体13から透過した近接場光17が、記録媒体16に光スポット14を形成する。
【００２０】
微小開口13の構造は、単純な丸、楕円、四角、C字、H字、三角、ボータイ等があり、その大きさは光ビームの波長より小さく、数百nm以下である。また、開口部分の周辺には、表面プラズモン・エンハンス効果利用のための周期構造体が形成されていても良い。なお、この微小開口部分を透過する近接場光17によって得られる光スポット14のサイズは、φ100nm以下である。
【００２１】
微小開口を充填する材料15は、熱伝導率が0.8 W/cmK以上のもので、かつ、使用される光ビーム（赤または青紫等）の波長に対して十分透明である必要があり、例えば、BeO、BN、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、NiO、等が好適な材料である。
【００２２】
また、基体の全部（図１）あるいは一部（図４）が上記高熱伝導率材料で構成され、その部分は、開口充填部分15と連結（直結）している必要ある。これらの構造体が連結していることで、微小開口部分の熱を瞬時に基体側12に伝導（拡散）させることができ、開口部の昇温によるダメージを回避することができる。ここで、微小開口を充填させる上記高熱伝導率材料15と、基体の全部あるいは一部を構成する高熱伝導率材料は、同じである方が好ましいが、別の材料で構成しても良い。
【００２３】
導電性フィルム18は、Ag、Au、Pt、Al、Cr、Tiあるいはそれらの合金等で形成されている。
【００２４】
基体12は、透明材料からなる光学材料であり、SiO2、Al2O3、SiN、アモルファスカーボン、NiO、BeO、ダイヤモンド、BN等が好ましい。
【００２５】
LD11の波長は特に限定されないが、微小スポットの形成には、短波長であるほど良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
図１において、C字型開口13を有する光ヘッドの基体12に、熱伝導率が1.9W/cmKであるＢＮを用いた。ここでのＢＮは、結晶構造が六方晶形であった。
【００２８】
この基体12上に、Ｃ字開口部を形成する遮光膜（導電性フィルム）18として、Al薄膜を100nmスパッタ形成した。
【００２９】
続いて、Ｃ字開口をFIB（Focused Ion Beam）加工装置を用いて形成した。その大きさは、図３に示した通りで、開口幅X(32)が140nm、開口幅Y(31)が160nm、リッジ幅34を60nm、ギャップ幅33を60nmとした。
【００３０】
次に、その表面に、基板12と同じ材料であるＢＮ（窒化ホウ素）膜を150nm厚スパッタ形成した。この時、ＢＮ膜は、開口部分13の空隙部分15を完全に埋めていた。（図２のＣ）
次に、最表面の余分なＢＮ膜を除去する目的で、ＨＤＤ表面研磨装置を用いて、ＢＮ膜を表面から研磨した。研磨のエンドポイントは、遮光膜であるAl膜が露出したところとした（図２のＤの41）。この時、開口部分13の内部には、ＢＮ膜が充填されたままであることを、顕微鏡（ＦＥ-ＳＥＭ）で確認した（図２のＤの13′）。
【００３１】
次に、市販の青紫ＬＤ（波長405nm）を本近接場光ヘッドの光源とし、市販の相変化型光記録媒体に対して、4ｍＷ（52mA）で100ms照射し、その記録磁区を顕微鏡（ＦＥ-ＳＥＭ）観察したところ、直径約80nmの記録スポットが確認された。すなわち、本開口で形成される光スポットによる記録エリアは、図３において、光スポット35の大きさより多少大きいものであった。
【００３２】
以上より、本発明の開口を用いることによって、100nm以下サイズの記録スポットの形成が可能となり、また、このスポットサイズの近接場光の強度が、従来の相変化媒体を記録するのに十分なパワーであることが確認された。
【００３３】
次に、この光ヘッドを用いて、該相変化型光記録媒体に対して、記録再生実験を、常温で10,000回繰り返したところ、記録スポットの大きさ・構造等に変化は見られず、また、再生信号の低下はほとんど見られなかった。また、繰り返し記録再生耐久試験後の光ヘッドの表面を観察したところ、Ｃ字開口部の構造と形状は全く変化していなかった。すなわち、本発明の開口をもつ光ヘッドは、実用に耐え得る耐久性を持っていることが確認された。
【００３４】
(比較例１)
実施例１において、微小開口部13にＢＮを充填させない（空隙が空気）他は、実施例１と同じ構造の光ヘッドを用意した。ＢＮを成膜していないので、図４（Ａ）→（Ｂ）の製造工程で終了させた。
【００３５】
該光ヘッドを用いて、実施例１と同様に、市販の相変化型光記録媒体に対して、4ｍＷ（52mA）で100ms照射し、その記録磁区を顕微鏡（ＦＥ-ＳＥＭ）観察したところ、直径約80nmの記録スポットが確認された。すなわち、本比較例の開口を用いると、実施例１と同サイズの記録スポットが形成され、かつ、近接場光強度が、従来の相変化媒体を記録するのに十分なパワーであることが確認された。
【００３６】
次に、実施例１と同様に、本光ヘッドを用いて、該相変化型光記録媒体に対して、記録再生実験を常温で繰り返したところ、1,000回を過ぎたところで、記録スポットのサイズが徐々に増大し、2,000回で直径約140nmに拡大した。その後、10,000回までは、直径約140nmのままであった。この耐久試験後の光ヘッドの表面を顕微鏡（FE-SEM）で観察したところ、図６に示した通り、Ｃ字開口部の真中の凸部66が変形して小さくなっていた。そして、実効的な開口部の大きさは、開口幅X(32)が140nm、開口幅Y(31)が160nmの長方形とほぼ等しいものになっていた。これは、ＬＤ照射による開口部への熱の集中によって、開口部の凸部分66が溶融してしまったと推測される。
【００３７】
以上より、本比較例に用いた通常のC字開口から成る光ヘッドは、その開口部の空隙が空気であることから、LD照射による発熱が極めて大きく、耐久試験時に変形してしまうことから、実用上問題である。
【実施例２】
【００３８】
図４において、C字型開口43を有する光ヘッドの基体42に、SiO2（熱伝導率が0.12  W/cmK）を用いた。
【００３９】
この基体42上に、熱伝導率が2.1  W/cmKのBeO薄膜を100nmスパッタ形成し、その上に、Ｃ字開口部を形成する遮光膜（導電性フィルム）48としてAg膜を100nmスパッタ形成した。
【００４０】
続いて、Ｃ字開口43をFIB（Focused Ion Beam）加工装置を用いて形成した。その大きさは、実施例１（図３）と同様に、開口幅X（32）が140nm、開口幅Y（31）が160nm、リッジ幅34を60nm、ギャップ幅33を60nmとした。
【００４１】
次に、その表面に、基板42と同じ材料であるBeO膜を150nm厚スパッタ形成した。BeO膜は、開口部分43の空隙部分45を完全に埋めていた。（図５のD参照）
次に、最表面の余分なBeO膜を除去する目的で、ＨＤＤ表面研磨装置を用いて、BeO膜を表面から研磨した。研磨のエンドポイントは、遮光膜であるAg膜が露出したところとした。このとき、開口部分43の内部には、BeO膜が充填されたままであることを、顕微鏡（ＦＥ-ＳＥＭ）で確認した。
【００４２】
次に、市販の赤ＬＤ（波長630nm）を本近接場光ヘッドの光源とし、市販の相変化型光記録媒体に対して、4ｍＷで100ms照射し、その記録磁区を顕微鏡（ＦＥ-ＳＥＭ）観察したところ、直径約80nmの記録スポットが確認された。すなわち、本開口で形成される光スポットによる記録エリアは、図３において、光スポット35の大きさより多少大きいものであった。
【００４３】
以上より、本発明の開口を用いることによって、100nm以下サイズの記録スポットの形成が可能となり、また、このスポットサイズの近接場光の強度が、従来の相変化媒体を記録するのに十分なパワーであることが確認された。
【００４４】
次に、この光ヘッドを用いて、該相変化型光記録媒体に対して、記録再生実験を、常温で10,000回繰り返したところ、記録スポットの大きさ・構造等に変化は見られず、また、再生信号の低下はほとんど見られなかった。また、繰り返し記録再生耐久試験後の光ヘッドの表面を観察したところ、Ｃ字開口部の構造と形状は全く変化していなかった。すなわち、本発明の開口をもつ光ヘッドは、実用に耐え得る耐久性を持っていることが確認された。
【００４５】
(比較例２)
基体12をSiO2とし、微小開口部13に基体と同じSiO2薄膜を充填させた他は、実施例１と同じとした。製造プロセスは、図２と同様である。
【００４６】
該光ヘッドを用いて、実施例１と同様に、市販の相変化型光記録媒体に対して、4ｍＷで100ms照射し、その記録磁区を顕微鏡（ＦＥ-ＳＥＭ）観察したところ、直径約80nmの記録スポットが確認された。すなわち、本比較例の開口を用いると、実施例１と同サイズの記録スポットが形成され、かつ、近接場光強度が、従来の相変化媒体を記録するのに十分なパワーであることが確認された。
【００４７】
次に、実施例１と同様に、本光ヘッドを用いて、該相変化型光記録媒体に対して、記録再生実験を常温で繰り返したところ、1,000回を過ぎたところで、記録スポットのサイズが徐々に増大し、2,000回で直径約140nmに拡大した。その後、10,000回までは、直径約140nmのままであった。この耐久試験後の光ヘッドの表面を顕微鏡（FE-SEM）で観察したところ、図７に示した通り、Ｃ字開口部の真中の凸部76が変形して小さくなっていた。また、凸部76の変形によって、充填したSiO2以外の部分に新たに空隙77が出来ていた。そして、実効的な開口部の大きさは、開口幅X(32)が140nm、開口幅Y(31)が160nmの長方形とほぼ等しいものになっていた。このことは、開口部を基体12と同じSiO2材料で開口部を充填させるという構造では、ＬＤ照射による開口部への熱の集中を回避出来ず、開口部の凸部分76が溶融してしまったと推測される。
【００４８】
以上より、本比較例に用いたC字開口部を（基体と同じ）SiO2材料で充填させる構造では、SiO2の熱伝導率が低い為、LD照射による開口部の発熱を他へ逃がすことが出来ず、耐久試験時に開口部が変形してしまうことから、実用上問題である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明（実施例１）の光ヘッド構造体の構成を示す断面図である。
【図２】本発明（実施例１）の光ヘッド構造体の作製プロセスを説明する図である。［Ｂ］従来（従来例１）の光ヘッド構造体の構成を示す断面図である。
【図３】本発明（実施例１）の光ヘッド構造体の微小開口をＬＤ照射側から見た図である。
【図４】本発明（実施例２）の光ヘッド構造体の構成を示す断面図である。
【図５】本発明（実施例２）の光ヘッド構造体の作製プロセスを説明する図である。［Ｃ］従来（従来例２）の光ヘッド構造体の構成を示す断面図である。
【図６】本比較例（比較例１）の光ヘッド構造体の微小開口が昇温で変形したことを観察した結果の模式図である。
【図７】本比較例（比較例２）の光ヘッド構造体の微小開口が昇温で変形したことを観察した結果の模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
11、41  ＬＤ照射
12、42  基体
13、43  微小開口
14、44  光スポット
15、45  高熱伝導率材料
16、46  記録媒体
17、47  近接場光
18、48  導電性フィルム
19、49  集光レンズ
21、51  表面研磨のエンドライン
31、61  開口幅（Ｙ方向）
32、62  開口幅（Ｘ方向）
35  近接場光スポット
63、73  耐久試験後のＣ字型開口
64、74  耐久試験後の光スポット
65  空隙部分
66、76  変形部分
【図１】
2007066436.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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